木薯淀粉微球的制备及其结构与性能研究

摘要

淀粉微球是一种新型功能高分子材料，而磁性淀粉微球是淀粉微球中的一种，由于具有磁响应性、生物相容性、无毒等优点，在生物材料中具有广泛的应用。
　　 本研究以木薯淀粉(CS)、自制表面改性Fe3O4(MIO)微粒为原料，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂，Span-80和Tween-80为乳化剂，过硫酸铵((NH4)2S2O4)为引发剂，采用反相乳液法分别制备了木薯淀粉微球(CSMs)和磁性木薯淀粉微球(MCSMs)。主要研究内容有:(1)考察淀粉乳质量分数、油水体积比、交联剂浓度、乳化剂浓度和引发剂浓度等因素对CSMs平均粒径(I)的影响;考察淀粉乳质量分数、淀粉磁核质量比、油水体积比、反应时间和反应温度等因素对MCSMs的平均粒径(I)、铁含量(W)的影响。(2)利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、生物显微镜(BM)、傅里叶红外(FTIR)光谱、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、热重(TG)分析仪、同步热分析仪(STA)、振动样品磁强计(VSM)对CSMs和MCSMs进行结构表征，探讨制备MCSMs的反应机理。(3)分别研究了CSMs和MCSMs在585mg·L-1NaCl胭脂红水溶液中的等温吸附及吸附模型。实验结果如下:
　　 (1)制备CSMs的优化组合为:淀粉乳质量分数8.0％、油水体积比10.0∶1.0、交联剂浓度1.0％、乳化剂浓度为12.0％、引发剂浓度0.8％，在该条件下制备的微球平均粒径为16.3μm;以MCSMs平均粒径为指标的优化组合为:淀粉乳质量分数8.0％、m（淀粉）∶m(Fe3O4)=13.33∶1、V(油）∶V(水）=8.0∶1.0、反应时间2h、反应温度60℃，制备的MCSMs平均粒径为13.6μm，铁含量为7.10％;以MCSMs铁含量为指标的优化组合为:淀粉乳质量分数10％、m（淀粉）∶m(Fe3O4)=6.67∶1、V(油）∶V(水）=10∶1、反应时间3h、反应温度60℃，制备的MCSMs平均粒径为20.9μm，铁含量为10.76％。
　　 (2) CSMs表面疏松多孔呈蜂窝状，红外谱图1553 cm-1处出现了仲酰胺的吸收峰，说明MBAA与CS成功发生了交联反应，其结晶度相比CS明显降低，且热稳定性相比CS稍有降低。MCSMs表面凹凸不平、较粗糙，MIO成功包埋在CS壳层中，形成核壳结构;CS与MIO的交联包埋反应不仅发生在CS的无定形区，也发生在CS的结晶区，导致MCSMs的结晶度降低，其热稳定性相比CS略有降低;MCSMs的饱和磁化强度为7.07 emu/g，磁化率为3.005×10-6 emu/Oe，说明其具有较好的磁响应性;在前人的研究基础上，得出制备MCSMs的反应历程符合自由基聚合机理。
　　 (3) CSMs和MCSMs吸附胭脂红的过程符合Langmuir等温吸附;在298 K下，CSMs和MCSMs的吸附焓变(△H)、自由能(△G)和熵变(△S)分别为:31.58 KJ·mol-1、-3.72 KJ·mol-1、118.47 J·mol-1·K-1和30.24 KJ·mol-1、-2.3KJ·mol-1、109.21J·mol-1·K-1，说明CSMs和MCSMs吸附胭脂红的过程是吸热的、无序的、自发的物理吸附。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 磁性高分子微球的研究概况

1．2 淀粉的基本结构和性质

1．3 淀粉微球

1．4 磁性高分子微球的制备

1．4．1 磁性纳米粒子的制备

1．4．2 磁性纳米粒子的表面改性

1．4．3 磁性高分子微球的制备

1．5 磁性高分子微球的应用

1．5．1 在磁靶向给药方面的应用

1．5．2 固定化酶

1．5．3 细胞分离

1．6 课题的研究背景及主要研究内容

1．6．1 课题的研究背景

1．6．2 课题的主要研究内容

第二章 木薯淀粉微球的制备工艺研究

2．1 实验部分

2．1．1 主要原料与试剂

2．1．2 主要仪器和设备

2．1．3 木薯淀粉微球的制备

2．1．4 反相乳液体系类型的判定

2．1．5 木薯淀粉微球平均粒径与粒径分布的测定

2．1．6 磁性木薯淀粉微球的制备

2．1．7 磁性木薯微球中Fe3O4含量的测定

2．2 结果与讨论

2．2．1 木薯淀粉微球正交实验方案和结果

2．2．2 磁性木薯淀粉微球单因素和正交实验

2．3 本章小结

第三章 木薯淀粉微球的结构表征

3．1 实验原料与仪器

3．1．1 主要原料与试剂

3．1．2 主要仪器和设备

3．1．3 生物显微镜观察磁性木薯微球

3．1．4 扫描电镜(SEM)分析

3．1．5 透射电镜(TEM)分析

3．1．6 傅里叶红外光谱(FTIR)分析

3．1．7 X射线衍射(XRD)分析

3．1．8 差示扫描量热(DSC)分析

3．1．9 热重(TG)分析

3．1．10 同步热分析仪(STA)分析

3．1．11 振动样品磁强计(VSM)分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 木薯淀粉微球结构表征

3．2．2 磁性木薯淀粉微球结构表征及反应机理研究

3．3 本章小结

第四章 木薯淀粉微球的吸附性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 主要原料与试剂

4．1．2 主要仪器和设备

4．2 木薯淀粉微球的吸附性能及吸附机理研究

4．2．1 胭脂红

4．2．2 含585 mg·L-1NaCl的胭脂红水溶液最大吸收波长的测定

4．2．3 胭脂红标准工作曲线的建立

4．2．4 平衡吸附时间的确定

4．2．5 等温吸附实验及吸附模型

4．3 结果与讨论

4．3．1 木薯淀粉微球吸附性能研究

4．3．2 磁性木薯淀粉微球吸附性能研究

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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